(57)【要約】【課題】  積層膜の何所に問題が有るかを簡単に究明できる技術を提供することである。【解決手段】      電子素子が構成されてなる装置において、  前記装置は積層絶縁膜を有しており、  前記積層絶縁膜中には互いに離れて電極端子が対で設けられてなり、  前記電極端子の端面は、前記積層した絶縁膜間の一つの界面のみを共通にするように設けられたものである。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層膜を有しており、
前記積層膜中には互いに離れて電極端子が対で設けられてなり、
前記対の電極端子は、前記積層膜における一つの界面のみ又は一つの膜のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置。
【請求項２】
電子素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層絶縁膜を有しており、
前記積層絶縁膜中には互いに離れて電極端子が対で設けられてなり、
前記電極端子の端面は、前記積層した絶縁膜間の一つの界面のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置。
【請求項３】
電子素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層絶縁膜を有しており、
前記積層絶縁膜中には互いに離れて電極端子が対で設けられてなり、
前記電極端子の端部は、前記積層した絶縁膜の一つの絶縁膜のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置。
【請求項４】
電子素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層絶縁膜を有しており、
前記積層絶縁膜中には互いに離れて電極端子が対で設けられてなり、
前記電極端子の端部は、前記積層した絶縁膜の中の配線間絶縁膜に隣接した一つの絶縁膜のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置。
【請求項５】
或る素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層膜を有しており、
前記積層膜中には互いに離れて検出用端子が対で設けられてなり、
前記対の検出用端子は、前記積層膜における一つの界面のみ又は一つの膜のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
前記端子は、前記積層膜の中の一つ又は二つ以上の膜に亘って壁状に設けられたものであることを特徴とする請求項１〜請求項５いずれかの装置。
【請求項７】
前記端子は、リーク電流測定用端子であることを特徴とする請求項１〜請求項６いずれかの装置。
【請求項８】
前記装置が半導体ウェハの装置であることを特徴とする請求項１〜請求項７いずれかの装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８いずれかの装置における膜の特性を測定する方法であって、
前記端子間に電圧を掛け、その間に流れる電流を測定する工程を備える
ことを特徴とする特性測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置における配線構造が銅ダマシン配線構造であることは良く知られている。すなわち、基板上に形成した第１の絶縁膜に配線を形成する為の溝（孔）を形成する工程と、前記第１の絶縁膜上に第１の導電性膜を形成する工程と、前記第１の絶縁膜に形成した溝（孔）内に前記第１の導電性膜を残して前記第１の絶縁膜上の前記第１の導電性膜を除去する工程とを備えたダマシン配線構造の形成方法が知られている。勿論、絶縁膜や導電性膜は多層の場合も当然に有る。
【０００３】
このようなダマシン配線構造の形成方法を用いることによって構成された半導体装置の一例を図５に示す。すなわち、図５は、通常のプロセスで形成されたＣｕダマシン配線構造の一例である。図５中、５１はＳｉ基板、５２は下地絶縁膜、５３はＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを構成元素とする厚さが１５０ｎｍ程度の絶縁膜、５４はＣＭＰ（化学機械研磨）時に絶縁膜５３を保護する為のＳｉＯからなる厚さが３０ｎｍ程度のハードマスク、５５は金属拡散防止膜、５６は絶縁膜、５７は金属拡散防止膜、５８はＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを構成元素とする厚さが１５０ｎｍ程度の絶縁膜、５９はＣＭＰ（化学機械研磨）時に絶縁膜５８を保護する為のＳｉＯからなる厚さが３０ｎｍ程度のハードマスク、６０は金属拡散防止膜であり、６１ａ，６１ｂ，６２ａ，６２ｂは配線である。
【０００４】
ところで、上記のようにして得られた半導体装置は、例えばＣＭＰ時に、外部から内部に水分が侵入する恐れが高い。又、ＣＭＰ時に、絶縁膜同士、或いは絶縁膜と配線材料とが剥離する恐れも有る。
【０００５】
さて、このような場合において、上記のような悪現象が起きているか否かのチェックを行うにしても、その手法は、例えば配線６１ａと配線６１ｂとの間、又は配線６２ａと配線６２ｂとの間に電圧を印加し、リーク電流を調べるしか無かった。しかしながら、この時のリーク電流の値は何によって決まったものであるかが良く判って無かった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、本発明が解決しようとする課題は、何所に問題が有るかを簡単に究明できる技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さて、Ｓｉ基板などの基板上に複数の絶縁膜や配線が設けられた半導体素子などの装置にあっては、絶縁膜内に設けられた配線間に流れるリーク電流の程度を知ることは、半導体素子の特徴を知る上で、非常に、役に立つ。例えば、配線の出来栄え、即ち、プロセスや材料の品質などの特性を知ることが出来る。
【０００８】
しかしながら、どのようにリーク電流を測定するかによっては、上記した通り、半導体素子の特徴を子細に知ることは出来ない。なぜならば、リーク電流は、絶縁膜界面に存在する不純物や欠陥、更には構成物質のフレーク、絶縁膜同士の密着性、Ｃｕ等の金属の残渣、絶縁膜自体の電気的耐圧強度、膜質の均一性、配線加工時に受けた損傷、局所的膜質変化と言った各種の要因によって影響を受けるからである。
【０００９】
そして、半導体素子における或る特定の界面のみを流れる電流を検出、又は或る特定の絶縁膜のみを流れる電流を検出することは、上記した手法では、不可能であった。すなわち、従来のものにあっては、全体の配線間のリーク電流しか観測されず、配線の出来栄えが悪くても、不具合が存在する場所、即ち、どの絶縁膜に問題が有るのか、どの界面に問題が有るのかを特定できなかったからである。
【００１０】
このような問題点を解決しようとすると、
（１）  同一プロセスを経た単膜の電流値と比較
（２）  積層膜の一つを選んで材料を変える
（３）  積層膜の一つを選んでその膜厚を変える
と言った手法が考えられる。
【００１１】
しかしながら、（１）の手法では、観測方向が縦と横と言う違いがあり、（２）の手法では、常に、界面電流＋バルク電流の形で抽出される、（３）の手法では、各部の界面電流が合成されて検出されるので、単独の界面電流のみは検出されない。
【００１２】
又、実際の銅ダマシン配線構造では、金属を埋め込む溝を作製する際に、その溝の側壁部はプラズマなどにより損傷を受けている。更に、電流が流れる方向と絶縁膜同士の界面の方向とが一致する為、電流パスとして無視できない。
【００１３】
これに対して、上記（１）の場合には、試料は溝を加工しないので、縦方向に側壁は存在せず、界面が有っても、垂直方向に電流が流れる為、界面の影響を受けない。
【００１４】
又、上記（２）の場合でも、他の絶縁膜との界面は依然として存在する為、変える前の材料との界面電流差のみを知るに過ぎない。
【００１５】
従って、何れの手法も、実際の配線構造を使って、単独の界面または単独の絶縁膜を流れる電流のみ観測し、これを品質確認に利用すると言う課題には対応できない。
【００１６】
ところで、銅ダマシン配線構造において、配線間に電圧を印加してリーク電流を調べた場合、そのリーク電流は積層膜間の界面における電流が支配的であることが判って来た。
【００１７】
そのことを以下で説明する。
先ず、一般的なＣｕダマシン配線構造に使用される絶縁膜の典型的な電流値を表１に示す。単膜上に電極を形成して測定したものである。
2006286751.tif 000003
【００１８】
そして、図５のようなＣｕダマシン配線構造において、配線間電流は、電界強度２．５ＭＶ／ｃｍにおいて、電流密度３×１０-6Ａ／ｃｍ2に達する。そして、表1のデータを用いると、各絶縁膜を流れる電流値が得られるので、配線間電流における絶縁膜中以外の部分、即ち、界面を流れる電流が計算できる。それを表２に示す。
2006286751.tif 000004
この表２の結果を参照すると、リーク電流の値は、殆どが、界面を流れる電流であることが判る。
【００１９】
従って、積層膜の膜面と平行な方向に電圧を印加してリーク電流を調べたならば、その界面の状況を的確に判断できるものとなることが判る。
【００２０】
本発明は上記知見に基づいて達成されたものである。
【００２１】
すなわち、前記の課題は、電子素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層膜を有しており、
前記積層膜中には互いに離れて電極端子が対で設けられてなり、
前記対の電極端子は、前記積層膜における一つの界面のみ又は一つの膜のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置によって解決される。
【００２２】
特に、電子素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層絶縁膜を有しており、
前記積層絶縁膜中には互いに離れて電極端子が対で設けられてなり、
前記電極端子の端面は、前記積層した絶縁膜の一つの界面のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置によって解決される。
【００２３】
又、電子素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層絶縁膜を有しており、
前記積層絶縁膜中には互いに離れて電極端子が対で設けられてなり、
前記電極端子の端部は、前記積層した絶縁膜間の一つの絶縁膜のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置によって解決される。
【００２４】
更には、電子素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層絶縁膜を有しており、
前記積層絶縁膜中には互いに離れて電極端子が対で設けられてなり、
前記電極端子の端部は、前記積層した絶縁膜の中の配線間絶縁膜に隣接した一つの絶縁膜のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置によって解決される。
【００２５】
又、或る素子が構成されてなる装置において、
前記装置は積層膜を有しており、
前記積層膜中には互いに離れて検出用端子が対で設けられてなり、
前記対の検出用端子は、前記積層膜における一つの界面のみ又は一つの膜のみを共通にするように設けられたものである
ことを特徴とする装置によって解決される。
【００２６】
上記本発明の装置は、例えば半導体ウェハの装置である。そして、前記端子は、前記積層膜の中の一つ又は二つ以上の膜に亘って壁状に設けられたものである。又、リーク電流測定用端子である。
【００２７】
又、前記の課題は、上記本発明の装置における膜の特性を測定する方法であって、
前記端子間に電圧を掛け、その間に流れる電流を測定する工程を備える
ことを特徴とする特性測定方法によって解決される。
【発明の効果】
【００２８】
本発明は、一つの界面のみ又は一つの膜のみを共通にするよう電極端子を設けたので、界面を流れるリーク電流のみを抽出するが如くに検出できる。従って、膜の詳細を知ることが出来る。  
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明の第１実施形態になる半導体装置の要部（Ｃｕダマシン配線構造）の断面図である。
【００３０】
図１中、１はＳｉ基板、２はＳｉ基板１上に設けられた下地絶縁膜である。３は、下地絶縁膜２の上に設けられたＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを構成元素とする厚さが１５０ｎｍ程度の配線間絶縁膜である。４は、ＣＭＰ時に配線間絶縁膜３を保護する為のＳｉＯからなる厚さが３０ｎｍ程度のハードマスクである。５は、ハードマスク４の上に設けられた金属拡散防止膜である。６は、金属拡散防止膜５の上に設けられたＳｉ，Ｏ，Ｃ，Ｈを構成元素とする厚さが１５０ｎｍ程度の配線間絶縁膜である。７は、配線間絶縁膜６の上に設けられたもＣＭＰ（化学機械研磨）時に絶縁膜６を保護する為のＳｉＯからなる厚さが３０ｎｍ程度のハードマスクである。８は、ハードマスク７の上に設けられた金属拡散防止膜である。
【００３１】
９は、配線間絶縁膜３とハードマスク４との二つの層に亘って形成された溝に設けられたＣｕ配線である。１０は、Ｃｕ配線９の右側の位置において、金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６とハードマスク７との三つの層に亘って形成された溝に設けられたＣｕ配線である。すなわち、Ｃｕ配線９は、ハードマスク４と金属拡散防止膜５との界面より下側の層に形成された凹条溝に設けられたものであり、Ｃｕ配線１０は、Ｃｕ配線９の右側の位置において、ハードマスク４と金属拡散防止膜５との界面より上側の層に形成された凹条溝に設けられたものである。従って、Ｃｕ配線９の上面やＣｕ配線１０の下面は、共に、ハードマスク４と金属拡散防止膜５との界面上に在る。
【００３２】
上記構成の半導体装置において、Ｃｕ配線９とＣｕ配線１０との間に電圧を印加し、Ｃｕ配線９とＣｕ配線１０との間のリーク電流を調べた場合、この場合のリーク電流は、当然、ハードマスク４と金属拡散防止膜５との界面を流れるリーク電流を測定したものであることは明白である。例えば、ハードマスク４の層を流れたリーク電流を測定したものでも無く、又、金属拡散防止膜５の層を流れたリーク電流を測定したものでも無いことは明らかである。
【００３３】
図２は、本発明の第２実施形態になる半導体装置の要部（Ｃｕダマシン配線構造）の断面図である。
【００３４】
図２中、１はＳｉ基板、２は下地絶縁膜、３は配線間絶縁膜、４はハードマスク、５は金属拡散防止膜、６は配線間絶縁膜、７はハードマスク、８は金属拡散防止膜である。
【００３５】
１１は、配線間絶縁膜３とハードマスク４と金属拡散防止膜５との三つの層に亘って形成された溝に設けられたＣｕ配線である。１２は、Ｃｕ配線１１の右側の位置において、配線間絶縁膜６とハードマスク７との二つの層に亘って形成された溝に設けられたＣｕ配線である。すなわち、Ｃｕ配線１１は、金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６との界面より下側の層に形成された凹条溝に設けられたものであり、Ｃｕ配線１２は、Ｃｕ配線１１の右側の位置において、金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６との界面より上側の層に形成された凹条溝に設けられたものである。従って、Ｃｕ配線１１の上面やＣｕ配線１２の下面は、共に、金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６との界面上に在る。
【００３６】
上記構成の半導体装置において、Ｃｕ配線１１とＣｕ配線１２との間に電圧を印加し、Ｃｕ配線１１とＣｕ配線１２との間のリーク電流を調べた場合、この場合のリーク電流は、当然、金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６との界面を流れるリーク電流を測定したものであることは明白である。例えば、金属拡散防止膜５の層を流れたリーク電流を測定したものでも無く、又、配線間絶縁膜６の層を流れたリーク電流を測定したものでも無いことは明らかである。
【００３７】
図３は、本発明の第３実施形態になる半導体装置の要部（Ｃｕダマシン配線構造）の断面図である。
【００３８】
図３中、１はＳｉ基板、２は下地絶縁膜、３は配線間絶縁膜、４はハードマスク、５は金属拡散防止膜、６は配線間絶縁膜、７はハードマスク、８は金属拡散防止膜である。
【００３９】
９は、配線間絶縁膜３とハードマスク４との二つの層に亘って形成された溝に設けられたＣｕ配線である。１３は、Ｃｕ配線９の右側の位置において、ハードマスク４と金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６とハードマスク７との四つの層に亘って形成された溝に設けられたＣｕ配線である。すなわち、Ｃｕ配線９は、ハードマスク４と金属拡散防止膜５との界面より下側の層に形成された凹条溝に設けられたものであり、Ｃｕ配線１３は、Ｃｕ配線９の右側の位置において、配線間絶縁膜３とハードマスク４との界面より上側の層に形成された凹条溝に設けられたものである。従って、Ｃｕ配線９とＣｕ配線１３とは、ハードマスク４の層を共通にしている。
【００４０】
上記構成の半導体装置において、Ｃｕ配線９とＣｕ配線１３との間に電圧を印加し、Ｃｕ配線９とＣｕ配線１３との間のリーク電流を調べた場合、この場合のリーク電流は、配線間絶縁膜３とハードマスク４との界面、及びハードマスク４と金属拡散防止膜５との界面を流れたものに相当する。ところで、ハードマスク４と金属拡散防止膜５とは、通常、密着力が大きく、この間の界面に変動が起きることは殆ど無い。これに対して、配線間絶縁膜３とハードマスク４とは、配線間絶縁膜３がポーラス構造なものであることから、剥離が起き易く、かつ、配線間絶縁膜３には水分も侵入し易いことから、この間の界面に変動は起き易い。従って、本実施形態において測定されたリーク電流の変動は、配線間絶縁膜３とハードマスク４との界面におけるリーク電流の変動を見ていることに相当する。
【００４１】
図４は、本発明の第４実施形態になる半導体装置の要部（Ｃｕダマシン配線構造）の断面図である。
【００４２】
図４中、１はＳｉ基板、２は下地絶縁膜、３は配線間絶縁膜、４はハードマスク、５は金属拡散防止膜、６は配線間絶縁膜、７はハードマスク、８は金属拡散防止膜である。
【００４３】
１１は、配線間絶縁膜３とハードマスク４と金属拡散防止膜５との三つの層に亘って形成された溝に設けられたＣｕ配線である。１４は、Ｃｕ配線１１の右側の位置において、金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６とハードマスク７との三つの層に亘って形成された溝に設けられたＣｕ配線である。すなわち、Ｃｕ配線１１は、金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６との界面より下側の層に形成された凹条溝に設けられたものであり、Ｃｕ配線１４は、Ｃｕ配線１１の右側の位置において、ハードマスク４と金属拡散防止膜５との界面より上側の層に形成された凹条溝に設けられたものである。従って、Ｃｕ配線１１とＣｕ配線１４とは、金属拡散防止膜５の層を共通にしている。
【００４４】
上記構成の半導体装置において、Ｃｕ配線１１とＣｕ配線１４との間に電圧を印加し、Ｃｕ配線１１とＣｕ配線１４との間のリーク電流を調べた場合、この場合のリーク電流は、ハードマスク４と金属拡散防止膜５との界面、及び金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６との界面を流れたものに相当する。ところで、ハードマスク４と金属拡散防止膜５とは、通常、密着力が大きく、この間の界面に変動が起きることは殆ど無い。これに対して、金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６とは、配線間絶縁膜６がポーラス構造なものであることから、剥離が起き易く、かつ、配線間絶縁膜６には水分も侵入し易いことから、この間の界面に変動は起き易い。従って、本実施形態において測定されたリーク電流の変動は、金属拡散防止膜５と配線間絶縁膜６との界面におけるリーク電流の変動を見ていることに相当する。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】第１実施形態になるＣｕダマシン配線構造の断面図
【図２】第２実施形態になるＣｕダマシン配線構造の断面図
【図３】第３実施形態になるＣｕダマシン配線構造の断面図
【図４】第４実施形態になるＣｕダマシン配線構造の断面図
【図５】従来のＣｕダマシン配線構造の断面図
【符号の説明】
【００４６】
１                                Ｓｉ基板
２                                下地絶縁膜
３，６                            配線間絶縁膜
４，７                            ハードマスク
５，８                            金属拡散防止膜
９，１０，１１，１２，１３，１４  Ｃｕ配線
代  理  人  宇  高  克  己
【図１】
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【図２】
2006286751.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
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